JPH01503012A - Digital integration module for sampling controllers - Google Patents

Digital integration module for sampling controllers

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JPH01503012A
JPH01503012A JP63502199A JP50219988A JPH01503012A JP H01503012 A JPH01503012 A JP H01503012A JP 63502199 A JP63502199 A JP 63502199A JP 50219988 A JP50219988 A JP 50219988A JP H01503012 A JPH01503012 A JP H01503012A
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シーメンス、アクチエンゲゼルシヤフト
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。 (57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、サンプリング制御装置用の負帰還可能な積分モジュールであって、入 力信号と出力信号との間の関係が各サンプリンより形成されている1つの再帰的 積分アルゴリズムにより決定される積分モジュールに関するものである。[Detailed description of the invention] The present invention is an integral module capable of negative feedback for a sampling control device, A recursive form in which the relationship between the force signal and the output signal is formed from each sample. It concerns an integral module determined by an integral algorithm.

高い処理速度および大きいメモリおよびアドレス空間の点で際イクロコンピュー タの使用は、高能力の調節システムの実現のための技術的基礎を成している。し かしながら、このような計算機の完全な利用可能性に対する前提は、たとえばい わゆる“モデル”の形態での制御対象の十分に正確な物理的/数学的J述である 。Microcomputer stands out in terms of high processing speed and large memory and address space. The use of data forms the technical basis for the realization of high-capacity regulation systems. death However, the assumption of complete availability of such a calculator is A sufficiently accurate physical/mathematical description of the controlled object in the form of a so-called “model” .

公知のように制御対象の入力と出力との間の動的挙動は二蚤に、そのつどのシス テム内に生ずる物理的法則性の考慮のもとに導き出された種々の次数の微分方程 式および通常の方程式の集合により記述される。As is well known, the dynamic behavior between the input and output of a controlled object is divided into two types: Differential equations of various orders derived based on consideration of physical laws occurring within the system It is described by a set of formulas and regular equations.

このような方程式集合の統一的な数学的記述を行い、またそれに基づいて適切な 制御ストラテジーのデザインおよびレイアウトに至るまでの形式的に標準化され た処理をするためには、最近の制御技術では主として2つの方法が開発されてき た。その一つは周知の“周波数領域法”であり、この方法ではシステム方程式は 時間領礒から周波数領域へ移される。動的システム挙動は、この方法では、複素 伝達関数の形態で相応の制御システムのデザインおよびレイアウトに至るまで引 き続き処′理され得る。We will provide a unified mathematical description of such a set of equations, and based on that, we will develop an appropriate Formally standardized down to control strategy design and layout In recent control technology, two main methods have been developed to process Ta. One of them is the well-known “frequency domain method”, in which the system equation is Moved from time domain to frequency domain. Dynamic system behavior is complex in this way. The design and layout of the corresponding control system in the form of transfer functions is Can be processed continuously.

統一的な数学的記述のための第2の、まだ一般に普及していない方法はいわゆる “状態空間”でのシステム表現である。この場合、一般的に種々の次数を有する システム方程式は時間領域で状態量の適切な定義により1次の微分方程式の集合 に移される。システムのすべての入力、出力および状態量は次いで有利に、−i に各1つのいわゆる“システム、入力、出力および推移マトリックス”を介して 互いに結び付けられているベクトルにまとめられ得る。マトリックス計算による このようなシステム記述の簡単な数学的処理とならんで、状態空間表現の1つの 別の利点は、線形性および時間的不変性の前提のもとに状態方程式が正規化され た変換によりいわゆる“正規形式”に移され得ることにある。これらは確かにそ れぞれ同一の物理的システムを記述し、またそれによってそのつどの動的システ ム挙動の等価的記述を表す、しかし、モデル化すべき対象の特定の構造特性、た とえばその固有値、そ1つに特に明白に現れる。正規形式はそれによって制御ス トラテジーおよび調節器構造のデザインのための1つの特に適切な出発点を成す 。こうしてたとえば1つの具体的なシステムの現在の状態が、たとえば1つの計 算機内を“付随進行”しシステムをモデル化する“オブザーバ−”によりシミュ レートされ得るので、システムのこの“内部”状態が近接可能になり、また適切 な調節作用により影響され得る。公知の正規形式はたとえばいわゆる“ジジルダ ンー正規形式”および種々の“オブザーバー−および制御正規形式”である。A second, less popular method for a unified mathematical description is the so-called This is a system representation in “state space”. In this case, generally having various orders System equations are a set of first-order differential equations in the time domain with appropriate definitions of state quantities. will be moved to All inputs, outputs and state quantities of the system are then advantageously −i through one so-called “system, input, output and transition matrix” can be grouped into vectors that are connected to each other. by matrix calculation Along with this simple mathematical processing of the system description, one of the state space representations is Another advantage is that the equation of state is normalized under the assumptions of linearity and time invariance. can be transferred to the so-called "normal form" by a transformation. These are certainly Each describes the same physical system and thereby describes the dynamic system in each case. However, specific structural properties of the object to be modeled, e.g. For example, it appears particularly clearly in one of its eigenvalues. The canonical form is controlled by constitutes one particularly suitable starting point for the design of strategies and regulator structures. . Thus, for example, the current state of one concrete system is Simulation is performed using an “observer” that models the system by “trailing” inside the computer. Since this “internal” state of the system can be accessed and can be influenced by regulatory effects. Known regular forms are, for example, the so-called “jigilda” ``observer and control normal forms'' and various ``observer and control normal forms''.

状態方程式によるシステム記述またはその1つの選択された正規形式での表現は 、特に良好にアナログおよびディジタル計算機内で実現され得るという別の利点 を有する。このシステム記述はjJj!1!化されたブロックオリエンティッド なモジュラ−なシステム表現に通ずることにより可能にされる。1つの技術的対 象のモデル化のために必要なこのような“ブロック”の数は存在するシステムの 次数に直接的に関係し、従って1つの変更された“システム次数”へのそれぞれ 必要とされる正規形式の範囲の適合が簡単な仕方で1つまたは複数のブロックの 付加または省略により可能である、このシステム記述の技術的実現の際の別の利 点は、正規形式の1つのなかのすべてのブロックが同一に構成されており、また 時間領域内の表現の際にコア内に各1つの積分器を得ることにある。こうしてた とえば、ジヨルダンー正規形式に従って構成された1つの対象モデルはそのつど のシステム次数に相応する数の、係数設定器を設けられている別々の負帰還され た積分器の並列接続から成っている。複雑なシステム挙動がこうして1次の下位 システムの反応の重畳によりシミュレートされる。それに応じて、1つのオブザ ーバー−または制御−正規形式に従って構成された1つの対象モデルはそのつど のシステム次数に相応する数の、すべて共通に係数設定器を介して負帰還されて いる積分器の直列接続から成っている。またここで複雑なシステム挙動は1次の 下位システムの反応から合成される。The system description by an equation of state or its representation in a selected normal form is Another advantage is that it can be implemented particularly well within analog and digital computers. has. This system description is jJj! 1! block-oriented This is made possible by leading to a modular system representation. 1 technical pair The number of such “blocks” needed to model an image depends on the existing system. directly related to the order and thus each to one modified “system order” of one or more blocks in a way that makes it easy to adapt the range of the required canonical form. Other benefits in the technical realization of this system description that are possible by addition or omission. A point is one in which all blocks in one of the normal forms are constructed identically and The aim is to obtain one integrator in each core during the representation in the time domain. It was like this For example, one target model constructed according to the Jordan-normal form is A number of separate negative feedback loops are provided with coefficient setters, corresponding to the system order. It consists of a parallel connection of integrators. Complex system behavior is thus reduced to the first order. Simulated by superposition of system reactions. Accordingly, one object - or control - one target model constructed according to the normal form in each case of the number corresponding to the system order, all of which are negatively fed back through a common coefficient setter It consists of a series connection of integrators. Also, the complex system behavior here is first-order Synthesized from reactions in lower-level systems.

このような対象モデルまたはそれに基づく“オブザーバ−”を1つのディジタル Sl!節または自動化装置のなかに実際に技術的に構成する際に、構成部分とし て必要とされる積分器を1つの再帰的に動作するアルゴリズムによりシミュレー トすることは知られている。その際に各サンプリング時点で入力量の現在の値が 検出され、またそれから、先行のサンプリング時点で検出または計算されかつ中 間記憶された量を利用して、現在の出力値が決定される。積分器をシミュレート するための公知のアルゴリズムでは連続的時間関数の下の面積がいわゆる“方形 規則”により近憤される。これに対しては関係式 %式% ここで vk =第にサンプリング時点での出力信号Vh−+ :第に−1サン プリング時点での出力信号uh−+ :第に−1サンプリング時点での入力信号 TA :サンプリング時間 T、二項分器時定数 が成り立つ。この関係式はたとえばノーバート、ホフマン(Norbert H offmann) N、“マイクロプロセッサによるディジタル調節(Digi tale Regelung lll1t Mikroprozessor)″ 、ヴイーヴエグ出版、1983年、第23頁以下に記載されている。上記の式に 従って再帰的に動作する“方形規則積分器モジュール”は、負帰還可能であり、 従ってまたたとえば技術的システムの状態空間表現の際に上記の正規形式のなか の構成要素として使用され得るという利点を有する。しかし、一方において、方 形規則積分器モジュールは、I近仰を不変の平均的面積誤差でのみ行うという欠 点を有する。さらに、たとえばサンプリング時点k 1 (Vh−+ =uv− +=0)でのこのような積分器モジュールの始動の際に出力信号V。Such a target model or an “observer” based on it can be integrated into one digital Sl! as a component during the actual technical configuration in a section or automated device. The integrator required for It is known that In this case, the current value of the input quantity at each sampling point is detected, and then detected or calculated at the previous sampling point and The currently stored quantities are used to determine the current output value. simulate an integrator In known algorithms for "Rules" is a common cause of resentment.In response to this, the relational expression %formula% Here, vk = output signal Vh-+ at the first sampling point: -1st sample Output signal uh-+ at the time of pulling: Input signal at the -1st sampling time TA: Sampling time T, binomial separator time constant holds true. This relational expression is, for example, based on Norbert and Hoffmann (Norbert H. offmann) N, “Digital adjustment by microprocessor (Digi tale Regelung lll1t Mikroprozessor)'' , VV Eg Publishing, 1983, pages 23 et seq. In the above formula Therefore, a “square rule integrator module” that operates recursively is capable of negative feedback, Therefore, for example, when representing the state space of a technical system, in the above normal form, It has the advantage that it can be used as a component of However, on the other hand, The shape rule integrator module has the disadvantage that it performs I-approximation only with a constant average area error. Has a point. Furthermore, for example, sampling time k1 (Vh-+ = uv- +=0) upon starting of such an integrator module the output signal V.

が1つのサンプリング時間TAの経過の後に初めてそれに続くサンプリング時点 にで先のサンプリング時点に−1で最初にサンプリングされた入力値uk−1の TA/TIによる評価により得られることは特に不利である。このことは再びた とえば観測−または制御−正規形式に従って構成されたオブザーバ−のなかで、 入力信号の変化がシステムの次数に相応する数のサンプリング時間の経過の後に 初めて直列に接続されているすべての積分器モジュールを通過し終わり、また完 全にオブザーバ−の出力端に“到着”しているという欠点を有する。このように 構成された対象モデルでは、それによって、かなりの反応時間を考慮に入れなけ ればならない、安定性を保つためには方形規則積分器モジュールの最小のシミュ レートすべき対称時定数がそれぞれ存在するサンプリング時間T、よりも少なく とも係数2だけ大きくなければならないことが判明している。is the first subsequent sampling time point after the passage of one sampling time TA The first sampled input value uk-1 is -1 at the previous sampling point. The results obtained by the TA/TI evaluation are particularly disadvantageous. This happened again For example, in an observation- or control-observer constructed according to a normal form, After a change in the input signal has passed a number of sampling times commensurate with the order of the system. The first time it has passed through all the integrator modules connected in series, and the It has the disadvantage that it all "arrives" at the output of the observer. in this way The constructed target model must thereby take into account considerable reaction times. Minimum simulation of the square rule integrator module is required to maintain stability. Each sampling time T, where there is a symmetric time constant to rate, is less than It turns out that both must be larger by a factor of 2.

このようなモジュラ−な自動化システムのダイナミック化のためには2つの方法 が考えられる。一つの方法では、サンプリング時間が、十分に小さい積分時定数 がサンプリング時間T、の現在の大きさに対する上記の比率の遵守のもとに設定 可能であるかぎり、小さくされ得る。このような方法は、サンプリング制御シス テムのサンプリング時間がその内部構成および組織により制限されており、また このようなシステムは精度の理由から一般に既に最大可能な設定可能なサンプリ ング時間で作動されることがマイナスの材料を提供する。There are two ways to make such a modular automation system dynamic. is possible. In one method, the sampling time is a sufficiently small integral time constant is set with observance of the above ratio to the current magnitude of the sampling time T, It can be made as small as possible. Such a method is useful for sampling control systems. The sampling time of the system is limited by its internal configuration and organization, and For accuracy reasons, such systems generally already have a maximum possible configurable sample. It provides negative material to be operated in a short time.

サンプリング制御システムのダイナミック化のための他の方法は、対象時定数ま たは積分時定数とそれぞれ存在するサンプリング時間とのより望ましい比率を許 す高能力のアルゴリズムを使用することである。特に状態空間法によるシステム 記述の際に、どのことは数値積分のために改善されたアルゴリズムを使用するニ ーとを意味する。すなわち、1つの連続的関数の下の面積をいわゆる“台形規則 ”により近(以することは公知である。これから形成される積分アルゴリズムは 公知の方形規則アルゴリズムよりもかなり高能力であり、またたとえばヴオルフ ガング、ラツェル(−8lfgangIILatzel)著、“プロセスコンピ ュータによる調節(Regelungsit dew Prze rechne r)″、P、■、ヴイ7センシャフト出版、1977住、特に第79〜91頁に 記載されている。Other methods for dynamizing sampling control systems are or allow a more desirable ratio between the integration time constant and the respective sampling time present. The key is to use highly capable algorithms. In particular, systems using state-space methods In describing, which - means. In other words, the area under one continuous function is calculated using the so-called “trapezoidal rule”. ``closer'' (this is known).The integral algorithm formed from this is It is significantly more powerful than known square rule algorithms, and Gang, Ratzel (-8lfgangII Latzel), “Process Compilation” Adjustment by computer r)'', P, ■, V7 Senschaft Publishing, 1977, especially pages 79-91. Are listed.

すなわち台形規則による積分アルゴリズムに対しては関係式%式%) T、:サンプリング時間 TI :積分器時定数 ■k :第にサンプリング時点での出力信号u、:第にサンプリング時点での入 力信号u*−+ :第に−1サンプリング時点での入力信号が成り立つ、この間 係式から、アルゴリズムの開始の際にもたとえばサンプリング時点にで直ちに、 この瞬間にまだ値v、−1およびuk−1が先行のサンプリングから得られてい ないとしても、出力値d0 ・u、を考慮に入れるべきであることが読み取れる 。従って、方形規則による積分アルゴリズムと対照的に台形規則による積分アル ゴリズムは入力信号の変化にかなり速く“反応”する。In other words, for the integral algorithm based on the trapezoidal rule, the relational expression % expression %) T: sampling time TI: Integrator time constant ■k: Output signal u at the first sampling point,: Input signal at the second sampling point Force signal u*-+: During this period, the input signal at the -1st sampling point holds true. From the equation, it can be seen that at the start of the algorithm, for example, immediately at the sampling point, At this moment the values v,−1 and uk−1 are still obtained from the previous sampling. Even if not, it can be seen that the output value d0・u should be taken into consideration. . Therefore, in contrast to the integration algorithm based on the square rule, the integration algorithm based on the trapezoidal rule The algorithm "reacts" fairly quickly to changes in the input signal.

さらに、台形規則による数値積分の際の平均的な面積誤差は常に零に等しく、他 方において方形規則による数値積分の際の平均的な面積誤差はサンプリング時間 と共に増大することが判明している。Furthermore, the average area error during numerical integration according to the trapezoidal rule is always equal to zero; On the other hand, the average area error during numerical integration using the square rule is the sampling time It has been found that it increases with

たとえば公知の正規形式により構成されているモジュラ−な対象モデルのなかに 積分モジュールを使用するための前提条件は、その任意の相互配線可能性および 特に負帰還可能性である。それに対して、台形規則により構成され、再帰的に動 作する積分モジュールは負帰還可能でない、このことは、入力値の変化が遅延な しにいわゆる“通過値”として直接に出力値に、従ってまた負帰還を介して再び 遅延されずに直ちに入力値に作用することに基づいている。それにもかかわらず 台形規則積分モジュールの負帰還が試みられると、現在の出力値の計算のために そのつどのサンプリング時点でこの先ず計算すべき出力値自体を必要とする式が 生ずる。従って、この式の個々の被加数の処理に有意義で実行可能なアルゴリズ ム順序が存在しない。計算機のなかのこのような要素の無理やりな負帰還の際に は再帰的な計算が直ちに機能停止するであろう、しかしアルゴリズムによる連続 的システムの離散化のための基礎的な前提条件はまさにサンプリング時点でのこ の再帰的な計算可能性にある。For example, in a modular target model composed of a known regular form, A prerequisite for using an integral module is its arbitrary interconnectability and Especially the possibility of negative feedback. On the other hand, it is structured by the trapezoidal rule and operates recursively. The integrating module that operates is not capable of negative feedback, which means that changes in the input value are not delayed. directly to the output value as a so-called “pass-through value” and thus again via negative feedback. It is based on acting on input values immediately without any delay. Nevertheless When negative feedback of the trapezoidal rule integral module is attempted, for calculation of the current output value The formula that requires the output value itself to be calculated first at each sampling point is arise. Therefore, a meaningful and feasible algorithm for processing the individual summands of this expression system order does not exist. When forced negative feedback of such elements in the computer would cause the recursive computation to immediately break down, but the algorithmic continuation The basic prerequisite for the discretization of a digital system is exactly this at the sampling point. lies in the recursive computability of .

本発明の課題は、内部の再帰的な処理アルゴリズムが台形規則による1つの面積 の近似により形成されており、また台形規則アルゴリズムの公知の動的特性を維 持しつつ負帰還可能である積分モジュールを提供することである。The problem of the present invention is that the internal recursive processing algorithm is formed by an approximation of It is an object of the present invention to provide an integral module that can provide negative feedback while maintaining

この課題は、本発明によれば、請求項1の特徴部分に記載されている手段によっ て解決される。本発明の他の有利な実施例は請求項2以下にあげられている。According to the invention, this problem is achieved by the measures specified in the characterizing part of claim 1. will be resolved. Further advantageous embodiments of the invention are listed in the subclaims.

図面の簡単な説明 以下、図面により本発明を一層詳細に説明する。図面を油虫に説明すると、 第1図は台形規則により再帰的に動作する、いわゆる“オブザーバーー正規形式 ”による積分モジュールの構造図、第2図は第1図のモジュールの別の変形され た構造図、第3図は第2図のモジュールの別の変形された構造図、第4図は本発 明による第2図または第3図の台形規則による積分モジュールの負帰還の実施例 、 第5図は本発明による負帰還可能な台形規則による積分モジュールの別の実施例 、 第6図は“オブザーバーー正規形式”で構成されたn次の対象モデルの一般的構 造、 第7図は本発明による負帰還可能な台形規則による積分モジュールを使用して“ オブザーバーー正規形式”で構成された3次の対象モデルの例である。Brief description of the drawing Hereinafter, the present invention will be explained in more detail with reference to the drawings. When I explain the drawing to an oil bug, Figure 1 shows the so-called “observer-regular form” that operates recursively according to the trapezoidal rule. Fig. 2 shows another modification of the module in Fig. 1. Fig. 3 is another modified structural diagram of the module in Fig. 2, and Fig. 4 is a structural diagram of the module in Fig. 2. Example of negative feedback of the integral module according to the trapezoidal rule in Fig. 2 or 3 by Akira , FIG. 5 is another embodiment of an integral module using a trapezoidal rule capable of negative feedback according to the present invention. , Figure 6 shows the general structure of an n-th order target model composed of “observer-normal form”. Construction, FIG. 7 shows “ This is an example of a third-order target model configured with "observer normal form".

第1図には、“オブザーバーー正規形式”に基づいて構成されており、台形規則 により再帰的に動作する積分モジュールの公知の構造が示されている。その瞭に 線形サンプリング制御の理論から知られており、またいわゆる“2変換”の基礎 として用いられる複素“移動演算子” により表される第1図の要素は、ディジタル計算機のなかでの実際的な実現の際 にメモリまたはむだ時間要素である。この要素はサンプリング時点に−1で入力 端に与えられている値Vk−,+d0・uk−1を読み、これをサンプリング時 間TAの継続時間中保持し、またこれを最後にそれに続くサンプリング時点にで 出力端に値aとして出力する0台形規則による前記の積分アルゴリズムはこうし て第1図の表示に基づいて下記のように表され得る。Figure 1 shows the structure based on the “observer normal form” and the trapezoidal rule. shows a known structure of an integral module that operates recursively. That clearly It is known from the theory of linear sampling control, and is also the basis of the so-called "two-conversion" Complex “movement operator” used as The elements in Figure 1, represented by is a memory or dead time element. This element is input as -1 at the sampling time. Read the value Vk-, +d0・uk-1 given at the end, and use this at the time of sampling. TA for the duration of the TA, and also for the last subsequent sampling time. The above integration algorithm using the 0 trapezoidal rule that outputs the value a at the output terminal is as follows. can be expressed as follows based on the display in FIG.

vIl=a+DW Vh = (Vh−+ +do °uk−1) +d6 °ukここで DW: 通過価 前記のように、この台形規則積分モジュールの出力信号値Vkは直接に入力信号 u6に負帰還され得ない、それにもかかわらずこの要素の負帰還可能性を本発明 により“入力−出力挙動”を維持しつつ達成するためには、最初に第2図および 第3図に示されているいくつかの内部構造変更を行うのが有利である。vIl=a+DW Vh = (Vh-+ +do °uk-1) +d6 °uk where DW: passing price As mentioned above, the output signal value Vk of this trapezoidal rule integral module is directly dependent on the input signal The present invention eliminates the possibility of negative feedback of this element, which cannot be negatively fed back to u6. In order to achieve this while maintaining "input-output behavior", first see Figure 2 and It may be advantageous to make some of the internal structural changes shown in FIG.

すなわち第1のステップで第1図の構造は、一方でもはや出力信号v、ではなく むだ時間要素1 / zの出力信号aが加算点A1れ得る。もはや負帰還されな い通過値DW=d、・ukに対する補償として入力値ukがいま係数2を掛けら れて加算点A1に供給される。第1図および第2図の等個性は、両方の場合に加 算点A1に値 d、’uh +a+da ・u。That is, in the first step the structure of FIG. 1 on the one hand no longer outputs the signal v, The output signal a of the dead time element 1/z can be added to the addition point A1. No more negative feedback The input value uk is now multiplied by a coefficient 2 as compensation for the passing value DW=d,・uk. and is supplied to addition point A1. The equi-individualities in Figures 1 and 2 are added in both cases. Value for score A1 d,'uh +a+da・u.

が供給されることから容易に認識され得る。第2図中に鎖線で囲まれている部分 が方形規則により構成されている1つの“方形規則積分モジュール”に相当する ことは明らかである。can be easily recognized from the fact that it is supplied with The part surrounded by chain lines in Figure 2 corresponds to one “square rule integral module” composed of square rules. That is clear.

第3図には別の変形が示されており、その際に第2図の鎖線部分は計算式 により1つの全体要素にまとめられた。さらに、通過値チャネルDW内および方 形規則積分モジュールの入力チャネル内に位置する増幅係数d0が入力量ukの 直接的評価のために入力量チャネル内へまとめられた。こうして先行の変換に基 づいて第1図の構造が、全体構造が台形規則積分モジエールのように不変に挙動 するように1つの通過値チャネルDWを設けられており方形規則により動作する 1つの内部部分に分解されている。Another modification is shown in Figure 3, where the dashed line in Figure 2 is the calculation formula. were combined into one overall element. Furthermore, the passing value within the channel DW and the direction The amplification factor d0 located in the input channel of the regular integral module is were grouped into input quantity channels for direct evaluation. Thus, based on the previous transformation Therefore, the structure shown in Figure 1 shows that the overall structure behaves invariably like a trapezoidal regular integral module. One passing value channel DW is provided so as to operate according to the rectangular rule. Disassembled into one internal part.

本発明によれば、いま1つの台形規則積分モジュールの第3図に示されている構 造が、それにもかかわらず1つの再帰的なアルゴリズム処理が1つのサンプリン グシステムのなかで可能であるように負帰還される。この目的で、本発明によれ ば、第1のステップでは第3図の構造の負帰還可能である部分のみが負帰還され る。前記のように、方形規則積分モジュールは制限されずに負帰還可能である。According to the invention, the structure shown in FIG. 3 of another trapezoidal rule integral module structure, but nevertheless one recursive algorithmic process only takes one sample. negative feedback as possible within the system. For this purpose, according to the invention For example, in the first step, only the part of the structure shown in Figure 3 that can be negatively fed back is subjected to negative feedback. Ru. As mentioned above, the square rule integration module is capable of negative feedback without restriction.

この理由から第4図によれば内部の方形積分モジュールIIIEの出力端は分離 した負帰還出力端ARとしての役割をする。こうして負帰還枝路RZが必要の際 にはこの出力端ARから、評価係数りを用意する負帰還増幅器を介して大発明に よる台形規則積分モジュールの入力端に接続される。第2のステップでは、この ような負帰還の際に本来の出力信号V、と負帰還出力端ARにおける信号との間 に存在する偏差が補償される。そのためには多くの可能性がある。第4図による 本発明の実施例には可能性の1つが示されている。その際に、負帰還された中間 (faのなかに含まれていない通過値DWは内部の方形規則積分モジュール2/ (z−1)を迂回して、負帰還枝路RZのなかに存在する評価係数りを掛けられ て、別に大発明による台形規則積分モジュールの入力端に帰還される。For this reason, according to FIG. 4, the output of the internal rectangular integral module IIIE is separated. It serves as a negative feedback output terminal AR. In this way, when the negative feedback branch RZ is required, From this output terminal AR, a great invention is generated via a negative feedback amplifier that prepares an evaluation coefficient. Connected to the input end of the trapezoidal rule integral module. In the second step, this During negative feedback, between the original output signal V and the signal at the negative feedback output terminal AR. The deviations present in , are compensated for. There are many possibilities for this. According to figure 4 One possibility is shown in an embodiment of the invention. At that time, the intermediate that received negative feedback (The passing value DW not included in fa is the internal rectangular rule integral module 2/ (z-1) and is multiplied by the evaluation coefficient present in the negative feedback branch RZ. It is then fed back to the input end of the trapezoidal rule integral module according to the invention.

第5図による大発明の実施例には、本発明による台形規則積分モジュールエア2 の出力信号Vからの負帰還出力端AEにおける信号の偏差を補正するための別の 可能性が示されている。その際に補正は入力信号Uに対して第1の増幅器VEを 介して用意される評価係数の適当な選定により直接に行われる。これは第4図中 の分離された負帰還ループの要素VBおよびVE“の係数d0およびhを にまとめることにより生ずる。The embodiment of the invention according to FIG. 5 includes a trapezoidal regular integral module air 2 according to the invention Another signal for correcting the deviation of the signal at the negative feedback output terminal AE from the output signal V of Possibility has been shown. At that time, the correction is performed by applying the first amplifier VE to the input signal U. This is done directly by appropriate selection of the evaluation coefficients provided through. This is in Figure 4 Let the coefficients d0 and h of the elements VB and VE" of the separated negative feedback loop of It arises by combining the

第6図には例として、いわゆる“オプザーバーー正規形式”で構成された時間領 域内のn次の対象モデルの一般的構造が示されている。前記のように、これはn 個の積分器1+、L・・・I7の5(n−1)を介して、評価係数す、、b、・ ・・b□1を介して評価された入力信号Uを供給される。さらに、入力信号Uは “通過値”として係数dにより評価されて加算点Snを介して直接に積分器の直 列回路の出力信号マ□(1)に重畳され、またそれによって遅れなしに出力信号 Vの形成に寄与する。積分器連鎖の出力端における信号マw、 (t )が係数 −ao、 al・・・−am−1により評価されてそのつどの積分器1..1. ・・・I、、の入力端における混合点5O1S1・・・5(n−1)に負帰還さ れることによって、すべての積分器が負帰還されていることがわかる。本発明に よる負帰還可能な台形規則積分モジュールは、第6図の原理図による対象モデル の実際的な実現の際に有利に1つのサンプリングシステムのなかで“積分器”と しての役割をするのに特に適している。Figure 6 shows, as an example, a time domain constructed in the so-called “observer-regular form”. The general structure of the nth order object model in the region is shown. As mentioned above, this is n The evaluation coefficients S, b, . ...b□1 is fed with the evaluated input signal U. Furthermore, the input signal U is It is evaluated by the coefficient d as a “pass value” and is directly passed through the integrator via the summing point Sn. The output signal is superimposed on the column circuit output signal MA (1), and thereby the output signal is Contributes to the formation of V. The signal matrix w, (t) at the output end of the integrator chain is a coefficient -ao, al...-am-1 for each integrator 1. .. 1. Negative feedback is given to the mixing point 5O1S1...5(n-1) at the input terminal of . It can be seen that all integrators are provided with negative feedback. To the present invention The trapezoidal rule integral module capable of negative feedback is based on the target model according to the principle diagram in Figure 6. In the practical realization of Particularly suitable for the role of

第7図には、大発明による負帰還可能な台形規則積分モジュールを使用したオプ ザーバーー正規形式での3次の対象モデルの有利な実施例が示されている。この モデルは3つの台形規則積分モジュールtyz+ 、!?□2、■ア2.の直列 回路から成っている。すべての積分器は第3の積分モジュールの負帰還出力端A R3における信号を使用して第6図の一般的な例で説明された仕方で係数ao、  al、 atを介して負帰還されている。そのつどの積分モジュールの出力信 号からの負帰還出力端における信号の偏差の補正を第3のモジュールIt□、を 例として一層詳細に説明する。そ°の際に第5図に示されている実施例によれば 補正は増幅器VE31における適当な係数値にの設定により行われる。にはd。Figure 7 shows an option using a trapezoidal rule integral module capable of negative feedback, which is a major invention. An advantageous embodiment of a third-order object model in server-normal form is shown. this The model is three trapezoidal regular integral modules tyz+,! ? □2, ■A2. series of It consists of a circuit. All integrators are connected to the negative feedback output A of the third integration module. The coefficient ao, in the manner described in the general example of FIG. 6 using the signal at R3. Negative feedback is provided via al and at. The output signal of each integral module The third module It□, corrects the deviation of the signal at the negative feedback output from the signal. A more detailed explanation will be given by way of example. According to the embodiment shown in FIG. Correction is performed by setting appropriate coefficient values in amplifier VE31. d.

ここで h=a= +aI ” do +30 ・do”である、増幅係数りは こうして3つの負帰還枝路の増幅係数の和として生ずる。第1の負帰還枝路は直 接に第3の積分器の出力端から入力端へ延びており、また増幅係数a、を含んで いる。第2の負帰還枝路は第3の積分器の出力端から間接的に第2の積分器I  tz*の通過値を介して第3の積分器の入力端へ延びており、また増幅係数−a l ・doを含んでいる。最後に第3の負帰還枝路は第3の積分器の出力端から 間接的に第1および第2の積分器ITRI 、TT2!の通過値を介して延びて おり、また増幅係数−ao・d、・d、を含んでいる。Here h=a=+aI"do+30・do", the amplification coefficient is This results in the sum of the amplification factors of the three negative feedback branches. The first negative feedback branch is It directly extends from the output end of the third integrator to the input end, and also includes an amplification coefficient a. There is. The second negative feedback branch connects indirectly to the second integrator I from the output of the third integrator. via the pass value of tz* to the input of the third integrator, and the amplification factor -a Contains l and do. Finally, the third negative feedback branch starts from the output of the third integrator. Indirectly the first and second integrators ITRI, TT2! extends through the passing value of It also includes amplification coefficients -ao.d,.d.

°他の両積分モジュールI、□l、lT□、における補正は第4図の実施例に非 常に類イ以の仕方で行われる。その際に第3の積分器の負帰還出力端AR3にお ける信号は増幅器VE12、VE22を介して評価されてそのつどの積分モジュ ールの出力端に重畳される。その際に増幅器の増幅係数は関係式%式% に従って設定される。°The corrections in the other integral modules I, □l, lT□ are different from the embodiment shown in FIG. It is always done in a similar way. At that time, the negative feedback output terminal AR3 of the third integrator The input signal is evaluated via amplifiers VE12, VE22 and sent to the respective integral module. superimposed on the output end of the module. At that time, the amplification coefficient of the amplifier is the relational formula % formula % Set according to.

第7図による構造から、それに付属の3つの状態I X11% X21sX31 が変換回路網Tにより直接に本発明による台形規則積分モジュール1.□1、■ 1□2、It□3の負帰還出力#4A R1、AR2、AR3における信号から シミュレートされ得る。本来の出力信号からのそのつどの負帰還出力端における 信号の間の偏差を補正するため、第1および第2の積分器に対する変換回路網T のなかでも増幅器VE12、VE22から知られている評価係数が一緒に考慮さ れなければならない。From the structure according to Figure 7, the three states attached to it I X11% X21sX31 is directly converted into the trapezoidal rule integral module 1 according to the invention by means of the conversion network T. □1、■ Negative feedback output #4A of 1□2, It□3 From the signals at R1, AR2, AR3 Can be simulated. at the respective negative feedback output from the original output signal. A conversion network T for the first and second integrators to correct deviations between the signals. Among them, the evaluation coefficients known from amplifiers VE12 and VE22 are considered together. must be

安定性を保つために最小シミュレートすべき対象時定数が、方形規則積分モジュ ールと異なり、それぞれ存在するサンプリング時間T!!の0.5倍以上であり さえすればよいことは、本発明による負帰還可能な台形規則積分モジュールの特 別な利点である0本炎明によるモジュールの他の利点は、モデル化すべきシステ ムの線形性を前提条件とする規則的に構造化された状態空間−正規形式における 対象モデルまたはオブザーバ−の構成のために使用され得るだけでなく、これに よって非線形の構造もそれぞれ存在する所与の条件に個々に適合された仕方でモ ジュラ−に構成されることにある。The minimum time constant of interest to be simulated to maintain stability is the rectangular rule integral module. Unlike the rules, each sampling time T! ! is more than 0.5 times All that is required is the characteristic of the trapezoidal rule integral module capable of negative feedback according to the present invention. Another advantage of the zero-flame module is that the system to be modeled Regularly structured state space with the assumption of linearity of the system - in normal form Not only can it be used for the configuration of the target model or observer, but also Therefore, nonlinear structures can also be modeled in a way that is individually adapted to the given conditions that exist. It is structured in a modular manner.

I33 IG 6 国際調査報告I33 IG 6 international search report

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 1.サンプリング制御装置用の負帰還可能な積分モジュールであって、入力信号 と出力信号との間の関係が各サンプリング時点で、台形規則を用いて連続関数の 下の面積の近似により形成されている再帰的積分アルゴリズムにより決定される 積分モジュールであって、 a)入力信号と出力信号との間の関係が各サンプリング時点で方形規則を用いて 連続関数の下の面積の近似によわ形成されている再帰的積分アルゴリズムにより 決定される内部の方形規則積分モジュール(IRE)を含んでいる積分モジユー ルにおいて、b)積分モジュール(ITZ)の入力信号(u*)が第1の係数d o=TA/2・T1 ここでTA:サンプリング時間 T1:積分時定数 により評価し、また内部の方形規則積分モジュール(IRE)に対する入力信号 として、また1つの通過値(DW*)として用意する第1の増幅器(VE、VE 11、VE21、VE31)と、 c)積分モジュール(ITZ)の出力信号(v)として通過値(DW*)と内部 の方形規則積分モジュール(IRE)の2倍された出力信号(a*)との和を形 成する第1の加算器(SA)と、d)内部の方形規則積分モジュール(IRE) の2倍された出力信号(a*)が出力される分離した負帰還出力端(AR)と、 e)積分モジュール(ITZ)の負帰還出力端から入力端への負帰還の存在の際 の出力信号(v)からの負帰還出力端(AR)における信号の偏差を補正するた めの手段(VE*、VE、VE31、VE22、VE12)と を含んでいることを特徴とするサンプリング制御装置用の負帰還可能な積分モジ ュール(第4図、第5図および第7図)。1. An integral module capable of negative feedback for a sampling control device, the input signal being At each sampling point, the relationship between determined by a recursive integration algorithm that is formed by approximating the area under an integral module, a) The relationship between the input signal and the output signal is determined using the square rule at each sampling point. The recursive integration algorithm is formed by approximating the area under a continuous function. An integral module containing an internal rectangular rule integral module (IRE) to be determined. b) the input signal (u*) of the integration module (ITZ) is the first coefficient d o=TA/2・T1 Here, TA: sampling time T1: Integral time constant and the input signal to the internal rectangular rule integral module (IRE) The first amplifier (VE, VE 11, VE21, VE31) and c) Pass value (DW*) and internal as output signal (v) of integral module (ITZ) form the sum of the doubled output signal (a*) of the rectangular regular integration module (IRE). d) an internal rectangular rule integral module (IRE); a separate negative feedback output terminal (AR) from which an output signal (a*) that is doubled; e) In the presence of negative feedback from the negative feedback output end to the input end of the integrating module (ITZ) In order to correct the deviation of the signal at the negative feedback output terminal (AR) from the output signal (v) of means (VE*, VE, VE31, VE22, VE12) An integral module capable of negative feedback for a sampling control device, characterized in that it includes: (Figures 4, 5 and 7). 2.積分モジュールの出力端における出力信号からの負帰還出力端における信号 の偏差を補正するための手段として、通過値(DW)を第2の係数(h)により 評価し、また反転して積分モジュール(ITZ)の入力信号(u)に重畳する第 2の増幅器(VE*)を含んでおり、その際に第2の係数(h)が積分モジユー ル(ITZ)の負帰還出力端(AR)から入力端へ延びている負帰還枝路(RZ )のなかの増幅係数に一致していることを特徴とする請求項1記載の積分モジュ ール(第4図)。2. Negative feedback signal at the output from the output signal at the output of the integration module As a means to correct the deviation of the passing value (DW) by a second coefficient (h), The first signal is evaluated, also inverted and superimposed on the input signal (u) of the integration module (ITZ). 2 amplifiers (VE*), where the second coefficient (h) is the integral module. The negative feedback branch (RZ) extends from the negative feedback output terminal (AR) of the loop (ITZ) to the input terminal. ), the integral module according to claim 1, (Figure 4). 3.積分モジュールの出力信号からの負帰還出力端における信号の偏差を補正す るだめ第1の増幅器(VR、VE31)の第1の係数が関係式 do/I+h・do ここでh:積分モジュール(1TZ)の負帰還枝路(RZ)のなかの増幅係数 に従って選定されることを特徴とする請求項1記載の積分モジュール(第5図お よび第7図)。3. Corrects the deviation of the signal at the negative feedback output from the output signal of the integration module. The first coefficient of the first amplifier (VR, VE31) is expressed by the relational expression do/I+h・do where h: amplification coefficient in the negative feedback branch (RZ) of the integral module (1TZ) The integral module according to claim 1, characterized in that the integral module is selected according to the and Figure 7).
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